Стоечно-балочная система
Происхождение стоечно-балочной системы
Определение 1
Стоечно-балочная система – это конструкция, состоящая из вертикальных и горизонтальных элементов (стоек и ригелей).
Самым сложным и загадочным из всех мегалитических сооружений является кромлех. Современные ученые считают, что он служил местом жертвоприношений и различных ритуалов. Некоторые особенности дошедших до нашего времени кромлехов (например, Стоунхендж) наводят на мысль, что подобные сооружения отражают определенные астрономические познания доисторического человека. Также есть версия, что концентрические круговые «дорожки» Стоунхенджа могли служить местом для проведения конских состязаний. Кромлех – это один из самых молодых мегалитов. Если менгиры датируются 5000 – 2000 до н.э., то Стоунхендж относится всего к 1600 году до н.э. В это время на территории современной Европы уже активно шло разложение родового строя и лошадь приобретала важное значение для высших слоев общества.
Если эта теория справедлива, то кромлех мог являться прародителем общественных сооружений, созданный по принципу стоечно-балочной системы.
Рисунок 1. Стоечно-балочная система. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Сточно-балочная система получила широкое распространение в архитектуре древних государств (например, Египта, Индии, Китая и т.д.). В каждом конкретном случае она приобретала свой собственный вид, но принципы ее оставались неизменными: вертикальные элементы (стойки) и горизонтальные элементы (балки) присутствовали в любом случае. Самый ответственный узел стоечно-балочной системы находится в месте, где балка опирается на колонну. Здесь находится так называемый «оголовок» колонны, который воспринимает на себя всю тяжесть балки перекрытия и передает её в основание. Впоследствии эта характерная деталь получила собственное название – капитель.
Легкие колоннады в китайской и японской архитектуре имеют «консольные капители», образованные выпусками горизонтальных балок, насквозь прорезающих верхнюю часть колонны.
Массивные колонны египетских храмов, нередко достигавшие 20 метров в высоту, по форме были уподоблены лотосу (весьма распространенному растению в Египте). Основная часть колонны напоминала стебель растения, а капители изображали бутон или распустившийся цветок.
Что касается персидских колонн, то они имели более сложные капители, отчасти воспроизводившие египетские мотивы. Их особенностью была венчающая часть, которая обычно выполнялась в виде парных фигур быков. Декоративность капители подчеркивала ее форма: она как бы раздваивалась, обнажая то место, где балка опиралась на колонну.
Такие декоративные свойства характерны для всей архитектуры Древнего Востока, несмотря на многообразие национальностей и исторических особенностей.
Принцип действия стоечно-балочной системы
Как уже отмечалось выше, любая стоечно-балочная система состоит из колонны (стойки), воспринимающей вертикальные нагрузки, и балки (ригеля), воспринимающей усилия от перекрытия и передающей их на колонну.
При этом сама стойка работает на сжатие и изгиб. Горизонтальный элемент этой конструкции будет работать на поперечный изгиб под действием вертикальных нагрузок.
Примыкания вертикальных и горизонтальных элементов могут иметь различную жесткость. Эта особенность всегда отражается на характере совместной работы отдельных конструктивных элементов.
При шарнирном опирании балки на колонну горизонтальный элемент обладает свободой горизонтальных перемещений, а также может поворачиваться вокруг опорной точки. В этой связи он может передавать на колонну только вертикальные усилия.
При жестком соединении колонны и балки достигается максимальная совместность их деформаций, что приводит к возможности передачи изгибающего момента с балки на колонну. Такой вариант стоечно-балочной системы называется рамой, а узел сопряжения колонны и балки – рамным узлом.
Стоечно-балочные системы могут выполняться с различным количеством пролетов и ярусов. Система, имеющая несколько пролетов и ярусов, называется многопролетной каркасной системой.
Под каркасом понимается система, состоящая из несущих стержневых элементов (стойки и балки интерпретируются как стержни). Все эти элементы должны объединяться жесткими горизонтальными дисками перекрытий, а также системами связей.
Любую конструктивную систему следует разделять на несущие и ограждающие конструкции. Несущий остов, состоящий из балок и колонн воспринимает все нагрузки, приходящие на данную систему. Наружные стены являются ограждающими конструкциями и воспринимают только собственный вес. Всё это дает возможность применять в строительстве прочные и жесткие материалы для каркаса, и легкие и пористые материалы для ограждающих конструкций.
Более сложная стоечно-балочная система – каркасная система с пространственным рамным каркасом. Такие системы применяются в строительстве многоэтажных сооружений.
Современные каркасы можно разделить на три типа:
- деревянный;
- металлический;
- железобетонный.
Следует отметить, что каркасная система, основанная на стоечно-балочном принципе, на сегодняшний день является основной в общественных и промышленных сооружениях.
Что касается жилищного строительства, то данный принцип здесь применяется гораздо реже. В большей мере это связано с экономической стороной вопроса.
Системы перекрытий с древних времен создавались из стереотипного подхода к компоновке балочных клеток. Они состояли из балок и настила (так решались простейшие деревянные перекрытия). Появившиеся впоследствии пустотелые железобетонные перекрытия стали значительным шагом в проектировании зданий нового типа.
Стоечно-балочная система • Дизайн, архитектура, декоративное искусство
Своё происхождение стоечно-балочная система – отдалённая предшественница современных каркасных конструкций – берет у трилитов времён Неолита, рудиментарных структур, напоминающих ворота и состоящих из двух установленных вертикально каменных глыб, поддерживающих третью, горизонтально установленную на них сверху.
На завершающем этапе, насколько нам известно на сегодняшний день, эта конструкция состояла из пяти отдельных трилитов, окружённых поставленными вертикально глыбами, соединёнными каменными перемычками и формирующими непрерывную структуру.
Древние элементы конструкции здания
Присутствие микенских и египетских реликтов в местах захоронения в Стоунхендже позволило археологам предположить чужеземное влияние древних средиземноморских цивилизаций. Ни одна из них не использовала стоечно-балочную систему так широко, как это делали египтяне: знаменитый Великий гипостильный зал в Карнаке, например, состоял из 134 колонн в 16 рядов; при этом два более высоких средних ряда составляли 10 м в окружности при высоте 24 м.
Плотность и хрупкость камня в напряжённом состоянии создавала серьёзные ограничения при выборе длины каменных балок, и в то время как основным стремлением греков было создание изящной симметричной отделки, характеризующей все архитектурные ордеры, римляне старались использовать сжатые конструкции, состоящие из арок и сводов, более подходящие каменной кладке. Тем не менее, в монументальной архитектуре Дальнего Востока предпочтения отдавались дереву, что позволяло конструировать более длинные балки.
Основным элементом китайской стоечно-балочной системы здания, повлиявшим на страны Дальнего Востока, был доугонг, представлявший собой переплетение деревянных кронштейнов. Широко используемые с седьмого века до н.э. и достигшие пика своей популярности в периоды правления династий Тан и Сун, эти системы кронштейнов соединяли колонны с балками и состояли из аккуратно вырезанных элементов, соединенных друг с другом без использования клея и крепежей. Они обеспечивали такую подвижность, которая, как думается, придавала зданиям устойчивость к землетрясениям, но по прошествии периода династии Сун эти элементы на зданиях дворцов и религиозных зданиях становились всё более декоративными.
Элементы кровли, поддерживаемые доугонгами, состояли либо из крупных балок – грубо обтёсанных брёвен – либо из элементарных ферм в виде вертикальных ярусов балок. Китайцы не проявляли интереса к технологическим инновациям, характерным для поздней западной архитектуры, и хотя греки в стоечно-балочной системе использовали элементарную форму стропил для строительства крыш своих храмов, римляне оказались первыми, кто преодолел расстояния, ограничиваемые размерами деревянных балок, и создал стропильную конструкцию, похожую на современную: самая большая из созданных ими ферм шириной 31,67 м охватывает тронный зал императора Домитиана (81-96 н.
э.).
В конструктивном отношении основные преимущества стоечно-балочной системы возникли с распространением каркасных конструкций из железобетона и стали.
И то, и другое позволяло придавать материалу форму под воздействием движущих сил: в стоечно-балочной системе основную структурную «работу» выполняют области, находящиеся дальше всего от центра несущего профиля по оси нагрузки – поэтому двутавровый стальной, швеллерный и полый профиль, стандартизация которого происходила в конце девятнадцатого века, теперь используется в строительных сооружениях по всему миру.
Строительство стоек и балок в сравнении со строительством деревянного каркаса
Деревянные каркасные и стоечно-балочные конструкции на первый взгляд могут показаться похожими. В конце концов, оба они полагаются на тяжелую древесину для создания открытых пространств с открытыми балками. Тем не менее, разница между деревянным каркасом и стоечно-балочной конструкцией заключается в способе соединения отдельных частей:
- В деревянном каркасе используются деревянные столярные изделия и редко используются стальные детали
- В стоечно-балочных конструкциях используются металлические крепежные детали и соединители
Стоечные и балочные конструкции состоят из вертикальных стоек и горизонтальных балок.
Металлические кронштейны и стальные пластины соединяют бревна и скрепляют конструкцию, но они не всегда видны. В некоторых случаях они носят декоративный характер, но в других случаях они являются структурными и размещаются вне поля зрения.
При строительстве стоек и балок затраты на квалифицированную рабочую силу обычно ниже, чем при строительстве деревянных каркасов. Хотя стоечные и балочные конструкции требуют много труда, они, как правило, менее сложны в проектировании, строительстве и изготовлении. Кроме того, декоративные или конструкционные металлические пластины могут придать особый стиль конструкции стоек и балок.
Минусы конструкции стоек и балок Влага может конденсироваться на стальных поверхностях, вызывая ржавчину стали и гниение окружающей древесины. В зависимости от сложности металлических пластин стоимость строительных материалов для стоек и балок может быть выше, чем у традиционного деревянного каркаса.
Разнородные материалы (металл и дерево) также имеют тенденцию со временем расшатываться.
Конструкция деревянного каркаса основана на соединении деревянных конструкций, поэтому нет необходимости в металлических кронштейнах. Деревянный каркас почти всегда открыт, создавая пространство одновременно открытое и уютное.
Плюсы деревянного каркаса Обычно (но не всегда) деревянные каркасы более привлекательны, элегантны и дороги, чем конструкции из стоек и балок. Традиционные столярные изделия из дерева к дереву, если их держать в сухом состоянии, могут простоять веками. Кроме того, традиционная деревянная столярка в некоторой степени эластична, другими словами, она может немного прогибаться и поддаваться нагрузкам. Это одна из причин того, что некоторые образцы японской архитектуры сохранились более тысячи лет, несмотря на разрушительные землетрясения, которые происходят несколько раз в столетие.
Деревянный каркас требует более высокой стоимости квалифицированного труда для проектирования, проектирования и изготовления традиционных столярных изделий. Некоторые конструкции увеличивают стоимость древесины при увеличении размеров древесины, что может произойти во время проектирования для размещения столярных изделий.
Столб и балка против деревянной рамы Что общего у обоих методов?В конечном счете, деревянные каркасные и стоечно-балочные конструкции имеют схожий визуальный стиль. Оба имеют тенденцию создавать открытые пространства с открытыми балками и естественной элегантностью. Это потому, что в обоих типах конструкции используются тяжелые бревна, а не 2×4.
Как столярные изделия влияют на строительство Некоторые производители деревянных каркасов считают, что дерево должно быть единственным компонентом настоящей деревянной каркасной конструкции.
Когда дело доходит до строительства деревянного каркаса, врезные и шиповые столярные изделия объединяют все — как эстетически, так и конструктивно.
В конструкции стоек и балок, напротив, используются металлические пластины и болты. Хотя это может показаться не большой разницей, некоторые утверждают, что этот метод на самом деле не является деревянным каркасом.
Рубрики: Блог, Часто задаваемые вопросы, Что нового
Что такое конструкция столбов и балок? Полное руководство
Сегодня строителям домов доступно множество различных типов строительных систем. Одной из самых популярных является стоечно-балочная конструкция. Конструкция стоек и балок состоит из тяжелых деревянных компонентов, собранных как в вертикальном, так и в горизонтальном положении.
Стоечно-балочная конструкция является производной от классической деревянная каркасная конструкция . Он использует вертикальные конструкции (столбы) и горизонтальные конструкции (балки) для создания каркаса, который позволяет использовать широкие полы и гибкую структуру стен.
Это придает зданию прочность и деревенский вид.
Эта статья поможет вам понять все о стоечно-балочном строительстве, в том числе даст вам обзор этой строительной системы и ее конструктивных особенностей. Вы также узнаете о разнице и сходстве между стоечно-балочной и деревянной каркасной конструкцией.
Что такое конструкция стоек и балок?
Стоечно-балочная конструкция представляет собой строительную систему, в которой используются вертикальные и горизонтальные деревянные конструкции для создания каркаса здания. Эти вертикальные и горизонтальные конструкции называются стойками и балками соответственно.
Если вы когда-либо были на стройплощадке, где используется этот тип конструкции, вы заметите, что строители укладывают бетонный пол, возводят бревна на этом полу и укладывают другие деревянные элементы поверх вертикальных.
В отличие от габаритных пиломатериалов, используемых в каркасе из легкой древесины, в конструкции стоек и балок используются более тяжелые пиломатериалы или конструкционные компоненты.
Другие материалы, которые можно использовать в качестве стоек и балок, включают сталь и бетон.
Этот тип конструкции восходит к 16 веку, когда бревна модифицировались вручную и соединялись с помощью колышков из твердой древесины. Их также иногда соединяли, удаляя часть древесины, чтобы она могла скользить по другой. Однако в наши дни косынки и другие механические крепления используются для соединения соседних бревен в конструкциях стоек и балок.
Конструктивные особенности конструкции стоек и балок
Какой бы простой и гибкой ни была конструкция стоек и балок, ее нельзя принимать как должное. От крепления стоек к полу, соединения балок со стойками и выбранной вами отделки важно, чтобы вы понимали, что к чему подходит и как достичь желаемого результата.
Фундамент
Все мы знаем, что прочность любого строения в определенной степени зависит от прочности его фундамента. Возведение здания зависит от стоек и балок, поскольку они составляют каркасную часть здания и требуют фундамента, соответствующего их типу соединения.
Стойко-балочная конструкция может использоваться на любом типе фундамента из-за его характерной точечной несущей способности, в основном на возводимых столбах. Однако следует учитывать и другие важные соображения, например, пирс.
Пирс
Пирс представляет собой бетонную конструкцию, удерживающую анкерную стойку. Он встраивается в фундамент и может быть разной формы. Форма выбранной вами опоры в основном определяется типом грунта, в котором заложен фундамент.
Как правило, круглые или круглые пирсы стоят дороже, чем пирсы других форм. Тем не менее, он стоит меньше, когда используется для повышения жесткости конструкции стоек и балок. Еще одним фактором, определяющим форму и размер пирса, является то, будет ли он виден после завершения строительства.
Стойка-анкер
Стойка представляет собой вертикальную деревянную конструкцию, которая поддерживает балки, образующие каркас здания, и удерживается в анкерной стойке. Точно так же анкер столба удерживается в пирсе.
Анкеры для стоек могут изготавливаться на заказ или стандартные и изготавливаются из стали. Поскольку столбы бывают квадратной или прямоугольной формы, анкеры для столбов также бывают такой формы. Большая часть анкерных стоек не видна, так как они встроены в бетон, чтобы скрепить конструкцию.
Обычно вы можете выбрать, хотите ли вы, чтобы оставшаяся часть вашего якоря была видимой или скрытой.
Плита
Плита перекрытия выполняется слоями. Первый слой состоит из щебня. Основание фундамента засыпано до неглубокого уровня обломками камней. После этого слоя устанавливается жесткий утеплитель, а за ним плита.
Бетонная плита — это верхний слой пола и, скорее всего, не окончательная отделка пола, в зависимости от вашего выбора. Вы должны заранее знать, каким будет отделочный материал вашего пола. Толщина отделочного материала пола будет определять высоту и размеры плиты и опор.
Соединение балки со стойкой в конструкции стоек и балок
Конструкция стоек и балок названа так из-за компонентов, из которых состоит конструкция.
Балки необходимо прикрепить к столбам, чтобы они стояли. Помимо этого соединения, для крепления балок к стойкам и создания более жесткого каркаса используется другое соединительное оборудование.
Вот некоторые крепежные детали и оборудование, используемые для соединения балки со стойкой.
- Подкосы: Подкосы — это опоры и крепления, которые удерживают балку на стойке. Обычно их размещают по диагонали между стойкой и балкой, чтобы разделить нагрузку между ними.
- Врезка и шип : Это соединение является одним из самых прочных в деревянных конструкциях. Этот метод соединения включает в себя создание отверстия (паза) в бревнах, которые будут служить балками, и шпунта (шипа) в пиломатериалах, которые будут служить стойками. Этот метод соединения балок и столбов существует уже давно.
В конструкциях стоек и балок соединение балки со стойкой или балки с балкой обычно открытое или скрытое.
Скрытые соединения выполняются таким образом, что они заделываются в стойки или балки.
Открытые разъемы — это как раз то, что нужно. Они видны и остаются такими в основном потому, что служат эстетической цели.
Различия между конструкцией стойки и балки и деревянной рамы
Конструкции стойки и балки часто ошибочно принимают за конструкцию деревянного каркаса, несмотря на очевидные различия между ними. Основное различие между этими двумя строительными системами заключается в связи, которая существует между их частями.
В деревянном каркасном строительстве стойки и балки соединяются с помощью деревянных столярных изделий. В большинстве случаев паз и шип удерживаются на месте с помощью штифтов. Эта конструкция обычно более дорогостоящая, поскольку требует точности и интенсивного высококвалифицированного труда.
В конструкции стоек и балок, напротив, используются стальные штифты и стальные пластины квадратной и прямоугольной формы, чтобы удерживать балки и стойки вместе. Эти штифты и пластины могут быть скрыты или открыты. Из-за модифицированного крепления требуется менее квалифицированная рабочая сила, а также снижены затраты на оплату труда.
Другое отличие заключается в том, что стойки и балочные конструкции могут быть построены из инженерной древесины, в то время как для деревянных каркасов в основном требуется цельная древесина. Однако в современной строительной практике в деревянных каркасных конструкциях используется инженерная древесина, такая как клееный брус.
Сходства между стойкой и балкой и деревянным каркасом
Несмотря на различия в столярных изделиях, они имеют некоторые сходства в визуальном элементе, который придает им класс.
Если вы посмотрите на здания, построенные с использованием стоечно-балочного метода или метода деревянного каркаса, деревенский вид — это то, что бросается в глаза. Основой обоих типов строительства являются конструкции из дерева. Кроме того, их скелетный каркас, древесина на древесине, древесина в древесине, похожи.
Плюсы конструкции из стоек и балок
- Деревенский вид: Прелесть конструкции из стоек и балок заключается в открытой деревянной каркасной раме.
Древесина, используемая в этой конструкции, полированная и прочная, придает интерьеру неприкрытую красоту. - Время строительства: По сравнению с другими строительными системами, строительство стоечных и балочных конструкций занимает меньше времени.
- Огнестойкость: Древесина, используемая в этом типе конструкции, обычно более плотная, чем в других строительных системах. В результате они обычно более огнестойкие.
- Прочность здания: Этот тип конструкции придает зданию жесткость и прочность, помогая ему противостоять суровому воздействию стихий и стихийным бедствиям.
- Сокращение затрат на квалифицированную рабочую силу: Затраты на возведение здания с использованием стоечно-балочной конструкции сокращаются в основном за счет изменения соединения стоек с балками.
Древесина, используемая в этой конструкции, полированная и прочная, придает интерьеру неприкрытую красоту.Минусы конструкции стоек и балок
- Гниль и ржавчина – Модификации столярных изделий, используемых в деревянном каркасе; стальные штифты и стальные пластины, используемые в настоящее время в конструкциях стоек и балок, подвержены ржавчине.
